深部热流体活动的识别标志及其对储层的改造作用.pdf

本文讨论的深部热流体为盆地基底以下的非烃类热流体，包括深部地壳热流体和上地慢热流体，其在沉积储层形成过程中的作用不容忽视。本文从深部热流体活动的识别标记和方法及其对沉积储层的改造作用两个方面展开了综述，并重点对碎屑岩储层中砂砾岩储层的深部热流体一成岩响应的研究热点和发展趋势加以展望。目前，深部热流体活动的识别标记总体上包括三个方面：岩石矿物学特征；古地温特征；地球化学特征。因其温度和物质组分效应，深部热流体侵位会对沉积储层产生改造作用，建设性改造与/或破坏性改造随地区、深度和时间变化可伴生共存或交替发生。深部热流体和原生流体叠加过程对碎屑岩，特别是砂砾岩储层的改造机理和深部热流体侵位影响下的深层、超深层成储机理既是对流一岩相互作用研究很好的补充和丰富，也是当前沉积地质学领域面临的重大前沿性科学问题。关键词：深部热流体；判识标记；沉积储层；砂砾岩；成岩作用；改造作用近年来随着油气地质理论和勘探技术日益成熟，储层成为了沉积盆地油气成藏及规模油气发现的关键，得到了越来越多的关注，取得了有益成果(Cant et al.，198 4；T a y l o r e t a l.，2 0 0 4；李忠等，2006；李军亮，2 0 0 8；袁静等，2 0 11；斯春松等，2012；操应长等，2 0 13；朱筱敏等，2 0 13；Maetal.，2 0 15；W e i e t a l.，2 0 15；王永诗等，2 0 16；吴胜和等，2 0 16；朱宁等，2 0 19）。储层的体积和储集性质直接决定了油气藏规模及油气产量，而遭受多期次、高强度的构造运动和流体活动影响，沿深大断裂，特别是走滑断裂体系等（天娇等，2 0 2 2）运动的深部热流体侵入其中后，会与盆地内围岩发生广泛的流一岩反应，留下活动痕迹（标记），并进而改变其孔隙演化进程和储集性能，因此，深部热流体侵位对沉积储层的建设和破坏的双重改造作用成为该研究领域的重要主题（Katzet al.，2 0 0 6；王清斌等，2019)。人们已经认识到富含酸性离子和各类金属离子的深部热流体与热液白云化和热液溶蚀作用密切相关，能够有效改善碳酸盐岩储层物性（金之钩等，2006;Schoenherr et al.,2009;Shugen et al.,2014；胡文瑄，2 0 16）。碎屑岩储层则易受到富CO2热流体活动影响形成大量次生孔隙增强储集性能（解习农等，2 0 0 9；Zhuet al.，2 0 18；Li e t a l.，2021）。微量元素、同位素等地球化学方法的引进，加速推动了对碳酸盐岩储层和碎屑岩储层在复杂成岩流体作用下的成岩、成储机理的认识。砂砾岩作为粗碎屑混杂堆积成岩产物，常具有近物源、快速堆积的特征（吴胜和等，2 0 16；朱宁等，2 0 19），其物质成分和结构等与质纯的砂岩或砾岩储层相比，具有特殊性和多变性，主要表现为分选差、杂基含量高，成岩物质更多样，流体渗透通道和流一岩反应更多变，物性非均质性更强烈（Cantetal.，198 4；T a y l o retal.，2 0 0 4；李忠等，2 0 0 6；李军亮，2 0 0 8；袁静等，2 0 11；斯春松等，2 0 12；操应长等，2 0 13；朱筱敏等，2 0 13；Maetal.，2 0 15；W e i e t a l.，2 0 15；王永诗等，2 0 16），也使得深部热流体对砂砾岩的改造更为复杂且隐秘。目前深部热流体活动对砂砾岩储注：本文为国家自然科学基金项目（编号42 0 7 2 134）资助成果。收稿日期：2 0 2 2-0 4-15；改回日期：2 0 2 2-0 7-0 9；网络发表日期：2 0 2 3-0 5-0 8；责任编委：范宏瑞；责任编辑：周健。作者简介：袁静，女，197 2 年生。博士，教授，博士生导师，矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail：d r j y u a n 16 3.c o m。本文：袁静，周涛，赵广昊。2 0 2 3.深部热流体活动的识别标志及其对储层的改造作用地质学报，97（6）：2 0 6 7 2 0 8 3，doi：10.19762/ki.dizhixuebao.2023235.Yuan Jing,Zhou Tao,Zhao Guanghao.2023.Identification marks of deep thermal fluid activity and its effect on reservoirtransformation.Acta Geologica Sinica,97(6):20672083.http:/WWW.aspx206820233年质报地学层的地质作用的专门性研究刚刚起步，砂砾岩在深部热流体侵位影响下的流体一成岩作用及孔隙演化机理作为一个兼具前沿性、学科交叉性和油气勘探实用性的研究领域，逐渐受到国内外学者的高度关注（Arnott，2 0 0 3；T a y lo r e t a l.，2 0 0 4；李忠等，2006;Ochoa et al.,2007;Rogers,2007;Baqus etal.,2012;Bjorlykke et al.,2012;Ma et al.,2015;李忠，2 0 16)。本文即从深部热流体作用的识别标志和方法及其对沉积储层的改造作用展开综述，并重点对碎屑岩储层中砂砾岩储层的深部热流体一成岩响应的研究热点和发展趋势进行展望，以期抛砖引玉，引起更多的学者聚焦深部热流体侵位影响下的碎屑岩储层流体一成岩响应与流体溶蚀作用（成岩一成孔）机理这两个关键科学问题，揭示沉积储层在复杂成岩场中的改造机制和效应，既是对热流体一碎屑岩相互作用研究很好的补充和丰富，也对认识有效碎屑岩储层的发育规律具有积极影响。1国内外研究现状及分析1.1深部热流体的概念和含义热流体作为沉积盆地流体类型之一，学者们对其有不同的认识。孙永传和陈红汉等（1995）认为凡温度高于7 58 0 且有一定化学活泼性的流体均可称为热流体；曾溅辉（2 0 0 0)认为7 58 0 仅为热流体的下限温度，且只有温度远大于所研究的流体温度并对其温、压场有影响的流体才能称之为热流体;Machel et al.(2002)和 Davis and Smith（2 0 0 6)则指出热流体通常是指比地层温度高510 的外部流体。对于深部流体，胡文等（2 0 16）根据来源将其大致划分为壳源流体、与成烃作用相关的热流体和慢源流体。其中，壳源流体常来源于深部古老地层和结晶基底，多与火山-岩浆事件相关（胡文瑄，2016)；慢源流体以C-H-O-S体系为主，溶有碱性元素、稀有气体和少量微量组分（张铭杰等，2 0 0 0），以CO2、H,O、H 2、CO、H,S、CH，等形式存在，并含有较高H2。高温条件下烃源岩中有机质转化释放的CO2和油气大量生成时干酪根热解形成的有机酸溶于地层水形成的酸性流体是与成烃作用相关的热流体（聂逢君等，2 0 0 7；胡文瑄，2 0 16），以有机酸为其主要和典型成分特征。早期人们对深部热流体的研究主要集中于其在（稀有）金属的成矿过程中的作用（刘立钧等，1983），之后认识到深部热流体为多组分超临界流体，其上升过程使地球内部物质调整再分配，从而对油气成藏产生影响（高波等，2 0 0 1）。金之钧等(2002)将深部热流体的定义完善为：盆地基底以下的热流体，包括深部地壳热流体和上地慢热流体，主要与岩浆-火山活动有关。由此可见，热流体强调流体的温度，不仅包括了Galloway（198 4)所提出的部分压实水和温压水，也包括受深部承压条件向上运移的上升流（K l i m c h o u k，2 0 0 8），还包括油气烃类、H2、CO 2、无机He，以及深部壳源的变质水、慢源的岩浆水等以压实流方式由深至浅运移的流体，是一个比较广义的概念。深部流体强调来源（成因），成分差异是其主要内涵。深部热流体则强调与有机质成烃作用无关的下地壳和上地慢来源（物质成分）和由此决定的高温，包含了深部流体和热流体两个概念的大部分含义，对曾经历壳源和慢源流体活动地区的储层演化具有特殊影响作用。本文即采用此深部热流体的定义，对其作用结果的判识标记、方法以及对沉积储层的改造作用开展综述和讨论，1.2深部热流体作用识别标记和方法深部热流体活动的直接效应是引起地层温度、压力及化学条件的变化，其中最为敏感的为温度效应，因此前人通常利用对温度敏感的指标进行热流体示踪（解习农等，2 0 0 9）。岩石中的自生矿物及其地球化学特征与流体包裹体特征保留了流体来源、理化特征及成因等信息，为了解不同流体的混合情况提供了重要依据，因此，目前深部热流体作用的判识标记总体上包括：岩石矿物学特征；古地温特征；地球化学特征三个方面。1.2.1岩石矿物学标记和方法受深部热流体高温、富含CO2和H,S等酸性气体的影响，流体和岩石之间发生显著的流-岩反应，从而改变原岩颜色、结构和构造，且来自深部的溶解物质沉淀出特征矿物（组合），可供直接追踪深部热流体的活动痕迹。在深部热流体侵位作用下，岩石会发生热褪色、热蚀变，形成亚颗粒和核慢构造，甚至形成热液成因的诱导裂缝，还会使石英加大边、自生长石和碳酸盐矿物在阴极射线下发光异常。更为显著的深部热流体作用标记是造成垂向剖面上自生矿物演化及成岩特征异常或出现异常矿物(Packard et al.，2 0 0 l；M a in e r i e t a l.，2 0 0 3;Hrischeva et al.，2 0 0 7；W e i e t a l.，2 0 15；刘燚平袁静等：深部热流体活动的识别标志及其对储层的改造作用2069第6 期a(b)PyDaAP100um100um(c)(d)ApI/SAk100m100um图1东营凹陷北带沙四段深部热流体活动的矿物岩石学标记Fig.1 Mineral petrological markers of deep thermal fluid activity in the fourth Member of ShahejieFormation in the northern steep slope belt of Dongying sag（a）一流纹状绿泥石（Ch）-黄铁矿（Py）-磷灰石（Ap)组合，FS1井，4495.0 0 m，单偏光；（b）一片钠铝石（Da），FS3井，48 6 6.11m，扫描电镜；（c）一磷灰石（Ap）-铁白云石（Ak）-伊蒙混层（I/S)组合，Y222井，40 16.36 m，扫描电镜；（d）一片钠铝石（Da）-磷灰石（Ap）-黄铁矿（Py）组合，Y22-22井，350 2.2 0 m，单偏光(a)corrugated chlorite(Ch)-pyrite(Py)-apatite(Ap)combination,well FS1,4495.00 m,PPL;(b)一ammonium dawsonite(Da),wellFS3,4866.11 m,SEM;(c)apatite（A p)-a n k e r i t e （A k)-m i x e d-l a y e r i l l i t e (I/S)c o m b i n a t i o n,w e l l Y2 2 2,40 16.36 m,SEM;(d)ammoniumdawsonite（D a)-a p a t i t e（A p)-p y r i t e(Py)c o m b i n a t i o n,w e llY2 2-2 2,350 2.2 0 m,PPL等，2 0 18）。如黏土矿物转化特征容易受到深部热流体影响而出现异常的演化和组合特征（Hillier etal.，1996；A h m e d，2 0 0 2；龙华山等，2 0 14；刘燚平等，2 0 18；黎敦朋等，2 0 19），1/S混层比在浅层骤减、绿泥石含量在浅层激增、绿泥石和高岭石共存、同深度多类型和多层段同类型的演化异常等通常可作为深部热流体作用的标记。而与深部热流体作用相关的特征矿物有片钠铝石、（鞍状/铁)白云石、绿泥石、菱铁矿、黄铁矿、磷灰石、闪锌矿、方铅矿、重晶石、萤石、钡冰长石以及方解石、石英、沸石等，且常呈组合方式产出。研究表明，渤海湾盆地古近系砂砾岩中标记深部热流体作用的矿物和矿物组合主要为流纹状绿泥石-黄铁矿-磷灰石组合（图1a）、片钠铝石（图1b）、磷灰石-铁白云石-伊蒙混层组合（图1c)以及片钠铝石-磷灰石-黄铁矿组合（图1d)。四川盆地龙岗东地区长兴组一飞仙关组碳酸盐岩中的深部热流体作用矿物组合主要为萤石-石英和鞍状白云石-黄铁矿（图2 a、b）（蒋裕强等，2 0 18）。塔里木盆地寒武系和奥陶系碳酸盐岩中与热液活动相关的矿物和矿物组合主要为自形黄铁矿（图2 c）（覃小丽等，2 0 17）、石英-萤石和闪锌矿-方解石-绿泥石等（金之钧等，2 0 0 6），且硅化作用比较显著（图2 d）（崔欢等，2 0 12)；准噶尔盆地乌尔禾二叠系夏子街组砂砾岩中与热流体作用相关的矿物为方解石、铁白云石、方沸石和浊沸石（申波等，2 0 17）。综上可知，自形黄铁矿、（鞍状)铁白云石、绿泥石等与深部热流体有关的特征矿物及其组合在中国东部和中西部含油气盆地中均可发育，是其成岩流体同为深部来源的物质表现。萤石和沸石类为中西部沉积盆地中有别于东部沉积盆地的标记深部热流2070http:/www.ura/ch/index.aspx2023年质报地学(a（b)CalDo1DolQtzCalCal200m200um(d)C50um500um图2 中国中西部盆地深部热流体活动的矿物岩石学标记（据崔欢等，2 0 12；覃小丽等，2 0 17；蒋裕强等，2 0 18 修改）Fig.2 Mineral petrological markers of deep thermal fluid activity in central and western basins of China(modified from Cui Huan et al.,2021,Qin Xiaoli et al.,2017;Jiang Yuqiang et al.,2018)（a）一残余生屑云岩中的溶洞内充填石英（Qtz）-萤石（FI)组合，包裹体片，LH002-X2井，长兴组，390 5.98 m，正交光：（b）一鞍状白云石，波状消光，TS5井，长兴组，30 8 0.93m，正交光：（c）一自形黄铁矿及充填裂缝的黄铁矿，S73井，2 153.34m，正交光；（d）一被选择性硅化的粒以及后期灌人的石英脉，上寒武统，柯坪，正交光；Cal一方解石；Dol一白云石(a)cave-filled quartz(Qtz)-fluorite(Fl)assemblage in residual bioclastic dolomite,incluion thin section,well LHo02-X2,ChangxingFormation,3905.98 m,CPL;（b)s a d d l e d o l o m i t e,w a v y e x t i n c t i o n,w e l l T S5,Ch a n g x i n g Fo r m a t i o n,30 8 0.93 m,CPL;（c)hyomorphic pyrite and fracture-filling pyrite,well S73,2153.34 m,CPL;(d)selective silicified oolitic and late infusing quartz veins,Upper Cambrian,Keping,CPL;Calcalcite;Doldolomite体活动的特征矿物，而东部含油气盆地中的深部热流体标记矿物片钠铝石和磷灰石在西部盆地中尚未见报道。由此可见，矿物学标记既与深部热流体成分有关，也受围岩性质影响。深部热流体含有的大量金属离子和酸性挥发组分可以为碳酸盐胶结物的形成提供物质来源，也可以作为深部热流体来源的标记。如准噶尔盆地三叠系百口泉组砂砾储层中铁方解石的形成与慢源CO，和菱铁矿相关（Zhuetal.，2 0 2 1）；在该盆地二叠系夏子街组砂砾岩储层中，由于pH变化和Na+、K+离子的活化萃取作用等造成深部热流体性质转变而引发碳酸盐沉淀（申波等，2 0 17）。由于不同来源的热流体成分存在差异，可以根据特征矿物组合分析和判别深部热流体的成因及活动过程。如壳源流体易形成石英脉体、方解石、白云石、闪锌矿、方铅矿等；而磷元素是地慢流体的重要组分，来自地慢流体的矿物共生组合即以具磷灰石为特征。1.2.2古地温标记和方法异常高的地层温度、地温梯度或热流值可以指示深部热流体作用。目前常用的古温度标记方法有镜质组反射率(R。)法、干酪根热解参数法和流体包裹体测温法。在排除剥蚀作用造成的异常后，结合其他热流体活动证据，异常R。值可作为发生过强烈深部热流体活动的标记，并可根据1gR。与埋藏深度之间的线性关系（lgR。-H）进行热流体活动判识（Dow，1977)；而深部慢源热流体对I型和I型干酪根热解参数的影响与岩浆热流体造成的影响不同，可用以判别不同来源的深部热流体（于志超等，2 0 12）。在渤海湾盆地东营凹陷古近系已发现深部热流体活动岩石矿物学标记的层段，I型和型干酪根的Tmax第6 期袁静等：深部热流体活动的识别标志及其对储层的改造作用2071为正常值时,S含量和S含量异常高而Tmax为异常高值,S含量和S含量却异常低（图3，从干酪根热解参数特征反映地层曾经历过深部热流体活动。20世纪50 年代以来，人们在对包裹体和流-岩反应的研究中开始利用包裹体气相成分研究热液矿床侵蚀面标志和金矿成矿的流体来源标志（张枝焕等，2 0 0 0）。包裹体中封存的古流体成为目前最理想的流体示踪剂。包裹体数据不仅能记录成岩流体活动时的温度背景或流体活动信息（Daviesetal.，2006；Za m b it o I V e t a l.，2 0 13；龙华山等，2 0 14；蔡春芳等，2 0 16；罗静兰等，2 0 19），还能提供流体成分、来源、演化、盐度和压力等诸多信息（Seo etal.，2 0 1l；D o ln ic e k e t a l.，2 0 12；陈勇，2 0 15;Simmonds et al.,2015)。近年来，在碳酸盐岩成岩环境的研究中应用二元同位素（clumped isotope）（47）测温技术取得了较好的效果（Ghosh et al.，2 0 0 6；Sh e n t o n e t a l.，2015；Lo y d e t a l.，2 0 15）。该技术通过实测矿物的47 值得出该矿物的成岩温度，结合古流体的O同位素值分析成岩环境（郑剑锋等，2 0 17），既弥补了包裹体测温技术中寻找流体包裹体困难的缺陷，又克服了围岩和胶结物C、O 同位素较为相近时单纯依赖单一同位素分析成岩环境的局限性（图4），且测试结果区分度高，成为进行碳酸盐岩成岩环境分析的新兴技术手段，亦值得尝试用于判识碎屑岩成岩过程中经历的深部热流体活动。1.2.3地球化学标记和方法深部热流体基本上以含较高浓度的Ni、C o、Cu、M n、Zn、T i 和V等过渡金属为特征（Casas etal.，198 9）。Fe、M n、U、T h、Sr、La、Ya、Y、H o 等常量、微量元素的富集或亏损往往与流体温度、性质和来源有关。如Th/U比值、Y/Ho比值、Co/Zn比值和Y/Ho-Th/U关系等能够反映深部热流体的特征和来源，La/Ho比值及其变化则是衡量深部热流体来源和运移的指标（Mclennan et al.，1991；Ba u，1996；陈红汉等，2 0 16；Chakhmouradian et al.，2016）。Fe-M n-（C o 十Ni十Cu）X10 三角图解可用以区分热流体的深部、沉积和成岩成因（陈红汉等，2016；Ch a k h m o u r a d i a n e t a l.，2 0 16)。碱性玄武岩的P和Zr含量很高，Ba以氯化物形式从深部迁移上来作为地慢流体中Cl的示踪剂，进人富O水圈后以硫酸盐（重晶石）或碳酸盐（毒重石）形式沉积（杜乐天，1996），因此P、Zr、Ba 等活泼流体元素的富集可以作为碱性慢源流体的标记。C、O、Sr、S、Li、Pb、H e、M g 等同位素组成特征因其保存了有关流体来源、成因以及自生矿物析出T.ma(C)S(g/g)S,(g/g)020040060005100102030300030003000350035003500400040004000(W）7()()450045004500500050005000550055005500(a)(b)(c)600060006000图3东营凹陷北带沙四段有机质热解参数特征Fig.3Characteristics of pyrolysis parameters of organic matter in the fourth Member of ShahejieFormation in the northern steep slope belt of Dongying saghttp:/WWWindex.aspx207220233年报质地学0.71309.0T=210.10.71208.0(MOWS%)O.!T=199.3C0.71107.01S8/0.7100/1SL6.0中二叠世海水0.7090锶同位素范围5.0T=165.5C0.70804.00.70703.0-14-12-10-8-6-4-200.4100.4200.4300.4400.4500.460O(%,PDB)47 (%)斑马状白云岩-围岩斑马状白云岩-鞍状白云石胶结物Zebrashapeddolomite-wallrockZebra shaped dolomite-saddle shaped dolomitecement图4四川盆地张村剖面茅口组斑马状白云岩围岩与鞍状白云石胶结物O、Sr 同位素和47 特征（据胡安平等，2 0 0 9)Fig.4 The oxygen and strontium isotopic and clumped isotopic characteristics of the host rock and saddle dolomite cement of thedolomite from Maokou Formation in Zhangcun profile of the middle Permian in Sichuan basin(after Hu Anping et al.,20o9)时的理化条件等重要信息，是恢复古流体活动的有力工具（Salemetal.，2 0 0 0；田立新等，2 0 13；黄思静等，2 0 15；Denny et al.,2017；Xu e t a l.，2 0 17;郑永飞等，2 0 19；He et al.，2 0 2 0；Ba r b i e r i e t a l.，2020；余小灿等，2 0 2 0）。在深部热流体活动示踪研究中，较常用的是C、O、Sr 同位素组成特征。在热流体系统主要的三个碳来源中，有机碳来源13C明显偏负或极端偏负，沉积碳酸盐和岩浆源或深部源（慢源）的3C一般约为0%；深部热流体侵位导致地层温度升高，热力分馏作用增强，使受其改造的方解石18 值小于一10%，未受改造的方解石18 值大于10%（李忠等，2 0 0 6；Zhuoetal.，2 0 19）。同时，下壳源热流体具有显著偏轻的O同位素组成、较高的8 7 Sr含量和显著的Eu正异常；而地慢部分熔融形成的基性岩浆岩提供深源Sr，造成8 7 Sr/8Sr比值较低（李忠等，2 0 0 6；胡文瑄等，2 0 10；朱东亚等，2 0 10；Jacquemyn et al.,2014)。戴金星研究团队曾对慢源CO和CH4的同位素进行研究和总结，并结合稀有气体同位素对其进行成因分类，提出He因化学性质不活泼可保留源区初始信息且其同位素组成差异显著，（He/4He）R/R。值可作为判识流体来源的重要依据（胡安平等，2 0 0 9）（图5）。对于中国东部玄武岩慢源流体，其COz H e 值主要在0.310 30 10 之间，CH4/He值变化于10 10 之间，Nz/Ar值多小于7 0 0 而较地慢高2 4个数量级（Galloway，1984),206Pb/204Pb比值低，且8 7 Sr/86Sr与2 0 6 Pb/204Pb呈负相关（Xuetal.，2 0 17）。高温条件下岩浆热流体和岩石间的Li同位素分馏小，Li从具有相似aLi值的源岩中淋滤而具较高浓度的Li（0.1107慢源区火山慢源无机CO2壳慢过渡带壳慢（混合）过渡无机CO，1壳源区0.1壳源无机CO,壳源有机CO,黄骅坳陷Huanghuadepression济阳坳陷Jiyangdepression0.01-30-20-100108Cco,(%o)图5不同成因CO，的碳同位素及氮同位素判识指标（据胡安平等，2 0 0 9）Fig.5 Carbon and helium isotopic identification index of CO2from different sources(after Hu Anping et al.,2009)mg/L）和较低并均一的 Li值（李哲萱等，2 0 2 0）。为了获得更加全面的深部热流体物源信息，评价储层温度和岩性对热流体中这些同位素行为的制约和影响，综合应用多种具有成因意义的元素同位素（如Li-B-Sr-U-H-O)组成特征和相对比值判识流体成因逐渐成为当前研究的普遍做法（Millot et al.，2011)。稀土元素在自然体系中分布的普遍性、不同物理化学条件下分配的差异性和地球化学性质的稳定性使其在热液溯源和示踪的应用中日益受到重视（余海东等，2 0 18；李哲萱等，2 0 2 0）。REE配分模式、ZREE十Y含量、Ce异常和Eu异常等（M u r r a y，1994；Ba u，1996；黄思静等，2 0 15）已经在岩矿源区和成因分析中得到越来越多的应用。如高温强还原热液中的Eu+稳定存在，造成Eu正异袁静等：深部热流体活动的识别标志及其对储层的改造作用2073第6 期常，因此Eu值可反映热液活动的强弱（张国伟等，2017；朱文博等，2 0 2 1）。值得一提的是，尽管很多关于深部热流体的研究是按壳源和慢源分别展开，但由于地壳流体和地慢流体之间的关系紧密不可分割，地壳热流体实质是深部地慢流体向浅部延伸的结果，碱性交代作用的矿物岩石学证据记录了地慢流体向地壳流体转变过程。地慢流体特征元素沿深大断裂迁移时，卤素与Na+反应形成各类盐矿,K+和Mg+的广泛存在促进伊利石化和蒙皂石化的发生（杜乐天，1996；岳伏生等，2 0 0 3），因此壳源流体本质上仍受慢源流体的参与及支配。综上所述，深部热流体作用判识的方法和标记很多，在较为简单的地质条件下应用，其效果也较好。但由于深部热流体来源多样、发生时间穿插、流-岩反应和流体演化复杂以及元素、同位素的分馏作用等原因增加了对其成因、溯源、作用行为与过程的判识的难度；特别在深部热流体进人盆地后与盆地内流体（原生流体）发生混合时，对其判识难度更大（胡文瑄，2 0 16）。在此情况下，需综合运用岩矿、古地温和地球化学标记对深部热流体活动进行综合和间接判断。深部热流体活动的判识标记系统，特别是地球化学判识主要来自于对碳酸盐岩和岩浆岩的相关研究，对碎屑岩，特别是砂砾岩成岩过程中的深部热流体作用判识研究起步较晚。目前大多通过凝析气伴生的CO2成因、CH4或同系物C同位素特征和反映深部来源的地层水性质来表征慢源热流体的活动痕迹，如准噶尔盆地玛湖凹陷砂砾岩储层中高价Mn、Fe 氧化物广泛参与CH4热化学反应，费托反应合成甲烷（Huet al.，2 0 18；W a n e t a l.，2 0 2 1)。因此，在充分借鉴从碳酸盐岩研究中总结出来的深部热流体作用的岩石矿物学、古地温标记和地球化学标记的同时，需要针对碎屑岩，特别是砂砾岩的特点进行积极探索，发展和完善其成岩、成储过程中的深部热流体活动判识方法和标记。2深部热流体活动对沉积储层的改造作用2.1对碳酸盐岩储层的改造作用深部热流体活动广泛存在于全球诸多沉积盆地，其通过改变成岩场的温度、压力和地层孔隙水介质条件影响岩石的成岩作用、流-岩反应过程与行为以及储层物性（曾溅辉，2 0 0 3；Gasparrini et al.，2006；金之钧等，2 0 13；Spycheretal.，2 0 14；刘全有等，2 0 19）。深部热流体的地质作用已得到国内外学者的高度重视，然而由于深部壳源流体本质上无法脱离慢源流体的参与及支配，明确区别壳源热流体和慢源热流体对储层的改造作用难度很大，尚未见相关报道。目前已就深部热流体对碳酸盐岩储层的改造作用做了大量的相关研究，取得的成果既可供碎屑岩相关研究借鉴，也是区分壳源热流体和慢源热流体这两类深部热流体对储层改造作用的基础。人们之所以倾力关注碳酸盐岩深部热流体成岩作用研究，重要原因在于碳酸盐岩对（热）流体侵位比较敏感。多数学者认为深部热流体能促进碳酸盐岩发生强烈破裂、溶蚀、白云化以及硅化、萤石化等矿物沉淀作用。溶蚀和白云化作用分别形成溶蚀孔隙和晶间孔隙，使储层物性得到明显改善（Davies etal.，2006；G a s p a r r i n i e t a l.，2 0 0 6；李忠等，2 0 0 9；朱东亚等，2 0 10；崔欢等，2 0 12；Slateretal.，2 0 12；金之钧等，2 0 13；Hiemstraetal.，2 0 15；陈启林等，2018；刘全有等，2 0 19），其溶解机制为深部热流体本身含有的CO2和SiO2等成分直接作用于碳酸盐岩；其次岩浆成因的高盐度热流体携带热能与低盐度地层水混合形成不饱和流体增强了化学侵蚀能力，从而产生强烈溶蚀作用（Corbella etal.，2 0 0 4；吕修祥等，2 0 0 5）。而另一方面，伴随着深部流体活动还发生对储层的破坏作用，富CO2的深部热流体由深部向上运移过程中对CaCO3的溶解度呈先增加后降低的趋势，最终会导致CaCO：沉淀；且随着压力增加，溶液中Fe、M g、M n 等离子含量增加会导致菱铁矿、白云石等发生沉淀，占据堵塞孔隙对储层造成破坏（朱东亚等，2 0 12；尤丽等，2 0 2 1）。也有学者认为深部热流体有利于储层发生去白云化，往往引发大规模胶结作用，堵塞孔隙，从而降低甚至完全破坏储层物性（金之钧等，2 0 0 6；Katz et al.，2 0 0 6；Sc h o e n h e r r e tal.，2 0 0 9；王清斌等，2 0 19）。2.2对碎屑岩储层的改造作用与碳酸盐岩储层相比，深部热流体活动对碎屑岩储层的改造作用不仅研究工作起步较晚，改造效应也更为隐秘、不易察觉（时志强等，2 0 14）。总体而言，深部热流体对碎屑岩储层的改造作用，既强调其温度效应，又受物质组分影响。温度效应改变热传导温度场和成岩环境，促进高温无机CO2等的生成，加剧成岩作用对碎屑岩储层的改造；而深部热流2074http:/WWWcn/dzxb/ch/index.aspx20233年质地报学体的物质成分则直接参与碎屑岩储层的成岩和孔隙演化（Arnott，2 0 0 3；袁静等，2 0 1l；W e i e t a l.，2015)。与碳酸盐岩相似，关于热流体对碎屑岩储层的改造效应也存在积极与消极两种观点（Ahmed，2002;Eichhubl et al.,2004;Bertier et al.,2006;Ochoa et al.，2 0 0 7；Bjo r ly k k e e t a l.，2 0 12；时志强等，2 0 14；刘超等，2 0 15；Liuetal.，2 0 17；魏巍等，2017；Zh u e t a l.，2 0 18）。近年来，针对砂砾岩储层对深部热流体侵位的成岩、成孔响应的研究也渐次展开（Arnott，2 0 0 3；Ro g e r s，2 0 0 7；袁静等，2 0 1l;申波等，2 0 17)。深部热流体沿断裂侵入碎屑岩储层会引起粗砂、砾等大颗粒的脆性破裂，形成拉张或挤压裂缝和水力破裂缝（马锋等，2 0 0 6；薛永超等，2 0 11），流体沿裂缝运移过程中，可以促进长石颗粒和碳酸盐胶结物发生强烈溶蚀，形成大量次生孔隙（高玉巧等，2003；Yu a n e t a l.,2 0 15），如式（1）、（2）、（3）、（4);作为溶蚀产物的高岭石疏松多孔，有助于疏通孔隙结构，改善储层孔渗性（臧春艳等，2 0 15；张月霞等，2 0 18）。在此情况下，深部热流体与岩石的相互作用十分有利于优质储层的形成（叶加仁等，2 0 0 1；Eichhubletal.，2 0 0 4;苏奥等，2 0 16)。CO2+H,OH,CO3(1)2KAISisO：+H+9 H,O A l,SiO(O H)4+K+4H,SiO4(2)2NaAISisO:+3H,O+2CO2Al,SizO,(OH)4+4SiO,+2Na+2HCO(3)NaAISi;O:+H,O+CO2NaAICO(OH)2+3SiO2(4)深部热流体参与长时期处于封闭状态的储层的成岩演化过程，不但造成其热成岩演化异常还会因较强的热压实作用使储层的孔渗性明显降低。热流体侵位引起的高温烘烤致使碎屑岩发生热变质作用，易在孔隙内形成绢云母、白云母等自生矿物沉淀（张旗等，2 0 16），损害储层物性（斯春松等，2 0 12）。深部热流体携带的CO2溶于地层水形成酸性流体后，首先交代富钠铝的长石类组分形成高岭石，随着大量的CO2被消耗，并导致孔隙热液中Na+和A13+浓度增加，流体转为碱性引起片钠铝石沉淀，如式（5）。同样，CO2与地层中早期生成的方解石、绿泥石反应亦可形成高岭石、铁白云石和硅质胶结物阻塞孔隙空间，导致储层物性变差，如式（6）（王力娟等，2 0 13）：Na+A13+HCO,-+2H,ONaAICO;(OH),+H+(5)Mg,Al,Si,Oio(OH)。+Ca CO,+5CO 2 5Ca(M g,Fe)(CO)+Al3(Siz2O)OH，+SiO,+2 H O(6)更进一步地，学者们开始针对中国含油气盆地内广泛发育的砂砾岩储层，研究深部热流体侵位对其产生的建设和破坏双重改造作用。以中国东部渤海湾盆地东营凹陷北部陡坡带（以下简称“东营北带”)为例。其古近纪构造活动较为强烈，孔店期一沙四期及沙一期一东营期发生了两期富CO2的玄武岩浆侵人（王兴谋等，2 0 0 4）、并富含H流体的慢源流体活动。这种深部热流体侵入盆地打破了原有的物质能量平衡，从多个方面对储层演化和油气成藏造成影响（曾溅辉等，2 0 0 4；金之钧等，2 0 13）。越来越多的学者认识到由于该区紧邻控凹深大断裂，酸性热流体（主要为烃源热流体)和古老地层中的碱性流体（可能源自壳源和慢源热流体)的叠加交替对砂砾岩成岩演化造成了重要影响（袁静等，2 0 0 0，2 0 0 7；袁静，2 0 0 3；张善文等，2008；谭先锋等，2 0 10；操应长等，2 0 13；侯中帅等，2 0 19）。东营北带西段滨南地区慢源CO2持续充注在沙四段形成了片钠铝石，伴随该过程的长石溶蚀与方解石类矿物的沉淀对储层演化与物性产生了影响（王